KR20200080078A - 이물질 유입 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측 및 타 측을 커버하는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임 상에 고정되어 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 버스바 프레임 어셈블리; 상기 버스바 프레임 상에 고정되며 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 리드 접속부 및 상기 리드 접속부와 연결되며 상기 리드 접속부의 상방으로 연장되는 헤드부를 포함하는 모듈 단자; 상기 헤드부의 하부에 위치하는 단자 너트; 및 상기 단자 너트를 수용하는 너트 수용부 및 상기 너트 수용부의 하부에 형성되어 상기 헤드부와 단자 너트를 관통하는 볼트를 수용하는 볼트 수용부를 구비하며, 상기 헤드부가 외측으로 노출되도록 상기 버스바 프레임 어셈블리를 커버하는 프레임 커버;를 포함한다.

Description

이물질 유입 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{A battery module having a structure capable of preventing foreign matter from entering, a battery pack and a vehicle comprising the same}
본 발명은, 이물질 유입 방지 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다. 본 발명은, 좀 더 구체적으로는, 배터리 모듈의 단자에 전자 기기나 다른 배터리 모듈 등의 단자를 체결하기 위해 볼트/너트 체결 구조를 적용함에 있어서, 너트를 고정시키는 부위의 강성이 보강되고 너트에 삽입되는 볼트의 길이 선택에 대한 자유도를 증가시키며, 또한 이물질이 배터리 모듈의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
배터리 모듈 또는 배터리 모듈이 복수개 연결된 배터리 팩을 이용하여 전기 자동차 등의 어플리케이션에 전기 에너지를 공급하기 위해서는, 배터리 모듈의 모듈 단자에 전력 케이블의 단자 또는 커넥팅 바를 체결해야 한다.
이와 같이, 배터리 모듈의 모듈 단자에 전력 케이블의 단자 또는 커넥팅 바 등의 외부 단자를 체결함에 있어서는, 볼트/너트 고정 구조가 적용될 수 있다. 이러한 볼트/너트 고정 구조에 있어서, 배터리 모듈의 모듈 단자의 하부에 단자 너트를 위치시키고, 모듈 단자의 상부에 외부 단자를 위치시킨 후 볼트를 관통시켜 시계 방향으로 회전시키면, 단자 너트는 모듈 단자의 하면에 밀착되면서 외부 단자 역시 모듈 단자 상에 밀착/고정된다.
예를 들어, 전기 자동차에 적용되는 배터리 모듈에 있어서, 외부 단자와 모듈 단자 간의 결합력이 약해져 외부 단자와 모듈 단자 간의 접촉 불량이 발생되는 경우, 전기 자동차의 일부 또는 전체 부품의 동작이 정상적으로 이루어질 수 없으므로, 볼트는 매우 강한 힘으로 조여져야 한다.
이 경우, 체결을 위해 볼트를 회전시킬 때 너트가 함께 돌아가지 않도록 너트의 주변을 감싸는 구조물은 통상적으로 절연을 위해 수지 사출물 등으로 이루어지는데, 이러한 수지 사출물 만으로는 너트를 안정적으로 고정시키기 어려운 면이 있다.
또한, 볼트/너트 고정 구조에 있어서, 높은 체결력을 얻기 위해서는 볼트가 너트에 체결된 상태로 충분히 회전되어야 한다. 그러나, 하면이 막혀 있는 구조를 갖는 너트가 적용되거나, 또는 너트를 수용하는 사출물에 있어서 너트를 지지하는 면이 막혀 있는 구조가 적용되는 경우 볼트를 충분히 회전시킬 수 없게 되며, 이에 따라 모듈 단자와 외부 단자 간의 결합력 역시 충분히 확보될 수 없다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 너트를 고정시키는 부위의 강성이 보강되어, 볼트를 강한 힘으로 조이더라도 너트가 안정적으로 고정될 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 볼트를 충분히 회전시킬 수 있도록 볼트를 수용할 수 있는 추가적인 공간을 구비하며, 볼트를 강한 힘으로 회전시킴에 따라 볼트와 너트 사이의 마찰에 의해 발생될 수 있는 이물질이 배터리 모듈의 내부 공간으로 유입되는 것을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측 및 타 측을 커버하는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임 상에 고정되어 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 버스바 프레임 어셈블리; 상기 버스바 프레임 상에 고정되며 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 리드 접속부 및 상기 리드 접속부와 연결되며 상기 리드 접속부의 상방으로 연장되는 헤드부를 포함하는 모듈 단자; 상기 헤드부의 하부에 위치하는 단자 너트; 및 상기 단자 너트를 수용하는 너트 수용부 및 상기 너트 수용부의 하부에 형성되어 상기 헤드부와 단자 너트를 관통하는 볼트를 수용하는 볼트 수용부를 구비하며, 상기 헤드부가 외측으로 노출되도록 상기 버스바 프레임 어셈블리를 커버하는 프레임 커버;를 포함한다.
상기 단자 너트는 육각 너트일 수 있다.
상기 너트 수용부는 상기 단자 너트와 대응되는 사이즈를 가지며, 상기 너트 수용부의 내벽면은 상기 볼트의 측면과 접하여 상기 볼트의 회전 시에 상기 단자 너트가 함께 회전하지 않도록 상기 단자 너트를 고정시킬 수 있다.
상기 볼트 수용부는, 상기 너트 수용부의 바닥면에 형성된 홈 형태를 가질 수 있다.
상기 프레임 커버는, 상기 볼트 수용부와 버스바 프레임 어셈블리 사이에 형성되어 상기 볼트와 단자 너트의 체결 시에 발생되는 이물질이 버스바 프레임 어셈블리쪽으로 유입되는 것을 방지하는 격벽을 구비할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 프레임 커버를 커버하는 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 엔드 플레이트와 프레임 커버 사이에 개재되되 상기 너트 수용부와 대응되는 위치에 개재되는 보강 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 연결되며 상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 서로 반대 방향으로 연장되는 한 쌍의 전극 리드; 및 상기 전극 조립체를 수용하며 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 실링되는 셀 케이스;를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 전극 리드는, 상기 셀 적층체의 높이 방향 중심부로부터 아래쪽으로 편향된 위치에 형성될 수 있다.
상기 모듈 단자는, 상기 전극 리드의 편향으로 인해 상기 전극 리드의 상부에 형성되는 공간에 배치될 수 있다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 및 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 모듈 단자에 외부 단자를 체결하기 위해 볼트를 강한 힘으로 조이더라도, 너트가 안정적으로 고정될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 너트의 하부로 돌출되는 볼트를 수용할 수 있는 추가적인 공간이 구비됨으로써 볼트를 충분히 회전시킬 수 있게 되며, 볼트를 강한 힘으로 회전시킴에 따라 볼트와 너트 사이의 마찰에 의해 발생될 수 있는 이물질이 배터리 모듈의 내부 공간으로 유입되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 엔드 플레이트를 제거한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 엔드 플레이트 및 프레임 커버를 제거한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 셀 적층체를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어서 모노 프레임, 상부 커버, 엔드 플레이트 및 프레임 커버를 제거한 상태를 나타내는 측면도이다.
도 7은 2에 도시된 배터리 모듈에 있어서, 모듈 단자가 위치하는 영역을 확대한 부분 확대도이다.
도 8은 도 2의 X-X' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1의 Y-Y' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 너트가 볼트의 회전에 따라 움직이는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 적층체(100), FPCB 어셈블리(200), 버스바 프레임 어셈블리(300), 모듈 단자(400), 상부 커버(450), 모노 프레임(500), 프레임 커버(600) 및 엔드 플레이트(700)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 셀 적층체(100)는, 서로 넓은 면끼리 대면하여 적층된 복수의 배터리 셀(110)을 포함한다. 상기 셀 적층체(100)는, 최 외측 및/또는 인접한 배터리 셀(110) 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 완충 패드(P)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 셀 적층체(100)는 버스바 프레임 어셈블리(300), 모듈 단자(400) 및 상부 커버(450)와 결합된 상태에서 모노 프레임(500)에 삽입될 수 있는데, 이 때 셀 적층체(100)의 부피를 최대로 하면서도 삽입이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위해서 스폰지 등과 같이 탄성을 갖는 재질로 이루어진 완충 패드(P)가 추가로 적용될 수 있는 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 배터리 셀(110)의 구체적인 구조가 도시되어 있다. 상기 배터리 셀(110)로는 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있다. 이러한 파우치 타입의 배터리 셀(110)은 전극 조립체(미도시), 한 쌍의 전극 리드(111) 및 셀 케이스(112)를 포함한다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 전극 조립체는, 교호적으로 반복 적층된 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 형태를 가지며, 양 측 최외각에는 절연을 위해 세퍼레이터가 위치하는 것이 바람직하다.
상기 양극판은, 양극 집전체 및 그 일 면 상에 코팅되는 양극 활물질 층으로 이루어지며, 일 측 단부에는 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 양극 무지부 영역은 양극탭으로서 기능한다.
상기 음극판은, 음극 집전체 및 그 일 면 또는 양 면 상에 코팅되는 음극 활물질 층으로 이루어질 수 있으며, 일 측 단부에는 음극 활물ㅈ리이 코팅되지 않은 음극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 음극 무지부 영역은 음극탭으로서 기능한다.
또한, 상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 개재되어 서로 다른 극성을 갖는 전극판끼리 직접 접촉되는 것을 방지하되, 양극판과 음극판 사이에서 전해질을 매개체로 하여 이온의 이동이 가능하도록 하기 위해 다공성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 각각 양극탭(미도시) 및 음극탬(미도시)과 연결되어 셀 케이스(112)의 외측으로 인출된다. 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 길이 방향 일 측 및 타 측으로 각각 인출된다. 즉, 본 발명에 적용되는 배터리 셀(110)은, 양극 리드 및 음극 리드가 서로 반대방향으로 인출되는 양방향 인출형 배터리 셀에 해당하는 것이다.
또한, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 폭 방향(도 5의 Z축 방향) 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치한다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는, 배터리 셀(110)의 폭 방향 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치하되, 셀 적층체(100)의 높이 방향(도 4의 Z축 방향)을 따라 하부로 편향되어 위치한다.
이처럼, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)가 배터리 셀(110)의 폭 방향 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치하는 것은, 후술할 모듈 단자(400)의 설치를 위한 공간을 제공함으로써 배터리 모듈의 에너지 밀도를 향상시키기 위함이다. 상기 전극 리드(111)가 편향되어 설치된 구조로 인한 이러한 에너지 밀도의 증가에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.
상기 셀 케이스(112)는 전극 조립체를 수용하는 수용부 및 수용부의 둘레 방향으로 연장되어 전극 리드(111)가 외부로 인출된 상태로 열융착되어 실링됨으로써 셀 케이스(112)를 밀봉시키는 실링부 이렇게 두 영역을 포함한다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 셀 케이스(112)는, 수지층/금속층/수지층이 순차적으로 적층된 다층의 파우치 필름으로 이루어진 상부 케이스 및 하부 케이스 각각의 테두리 부분이 맞닿아 열융착됨으로써 밀봉된다.
상기 실링부 중 전극 리드(111)가 인출되는 방향에 위치하는 영역에 해당하는 타라스부(112a)는 양 측부가 절개되어 전극 리드(111)의 인출 방향을 따라 점점 그 폭이 좁아지도록 테이퍼진 형태를 갖는다. 이와 같이, 상기 테라스부(112a)가 배터리 셀(110)의 외측 방향을 향할수록 그 폭이 좁아지는 형태를 갖는 것은, 전극 리드(111)의 편향된 배치와 함께 배터리 모듈의 에너지 밀도를 향상시키는 요인으로 작용할 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 배터리 셀(110)은 폭(W) 대비 길이(L)의 비가 대략 3 이상 12 이하인 롱셀(Long cell)이다. 본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 이와 같은 롱셀 타입의 배터리 셀(110)을 채용하는 것은, 배터리의 용량을 향상시키면서도 배터리 모듈의 높이가 증가되는 것을 최소화 함으로써 자동차의 시트 하부나 트렁크 하부 등의 위치에 배터리 모듈을 설치하기 용이하도록 하기 위함이다.
도 3을 참조하면, 상기 FPCB 어셈블리(200)는 FPCB(Flexible printed circuit board)(210) 및 커넥터(220)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 FPCB(210)는, 배터리 모듈의 길이 방향(도 3의 Y축 방향)을 따라 연장되어 셀 적층체(100)의 상면의 적어도 일부를 커버하며, 양 측 단부는 절곡되어 버스바 프레임 어셈블리(300) 상에 위치한다. 절곡된 상기 FPCB(210)의 양 측 단부에는 연결 단자(211)가 구비되며, 이러한 연결 단자(211)는 버스바(320) 및 모듈 단자(400)와 연결되어 FPCB(210)가 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결되도록 한다.
상기 커넥터(220)는, 상부 커버(450) 및 모노 프레임(500)의 외측으로 노출되어 버스바 프레임 어셈블리(300)를 향해 절곡된 FPCB(210) 상에 실장된다. 상기 커넥터(220)는, 앞서 설명한 모듈 단자(400)의 설치 위치와 마찬가지로, 전극 리드(111)의 편향에 따라 전극 리드(111)의 상부에 형성되는 공간에 배치된다. 이러한 커넥터(220)의 배치 위치는, 커넥터(220)의 설치로 인한 배터리 모듈의 부피 증가를 최소화 하며, 이로써 배터리 모듈의 에너지 밀도 증가를 이룰 수 있게 된다.
상기 커넥터(220)는 FPCB(210)를 통해 배터리 셀(110)들과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 커넥터(220)에는 BMS 등의 제어장치(미도시)가 연결되며, 이러한 제어장치는 배터리 셀(110)의 전압에 관한 정보 등을 수신하고, 이를 참조하여 배터리 모듈에 대한 충방전을 제어하는 것이다.
도 3을 참조하면, 상기 버스바 프레임 어셈블리(300)는, 셀 적층체(100)의 길이 방향 일 측 및 타 측을 커버하는 버스바 프레임(310) 및 버스바 프레임 상에 고정되어 배터리 셀(110)과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바(320)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 버스바 프레임(310)은, 예를 들어 수지와 같은 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 배터리 셀(1100의 전극 리드(111)들과 대응되는 위치에 돌출 형성된 버스바 안착부(311)를 구비한다. 상기 버스바 안착부(311)는, 전극 리드(111)와 마찬가지로 셀 적층체(100)의 높이 방향(도 3 및 도 4의 Z축 방향) 중심부로부터 하측으로 편향된 위치에 형성된다. 이와 같은 버스바 안착부(311)의 편향은 전극 리드(111)의 편향과 마찬가지로 커넥터(220)나 모듈 단자(400)와 같은 부품을 설치하기 위한 공간을 확보하기 위함이다.
상기 버스바 안착부(311)는 전극 리드(111)들과 대응되는 위치에 형성되는 복수의 리드 슬릿(S)을 구비한다. 이러한 리드 슬릿(S)을 통해 전극 리드(111)들이 버스바 프레임 어셈블리(300)의 외측으로 인출되며, 인출된 전극 리드(111)들은 절곡되어 버스바(320) 상에 용접 등에 의해 고정된다.
도 3을 참조하면, 상기 모듈 단자(400)는, 한 쌍이 구비되며, 각각의 모듈 단자(400)는 리드 접속부(410) 및 헤드부(420)를 포함한다.
상기 리드 접속부(410)는, 버스바 프레임(310)의 버스바 안착부(311) 상에 고정되며, 셀 적층체(100)의 폭 방향(도 3 및 도 4의 X축 방향)을 따라 양 측 최 외각에 위치하는 전극 리드(111)와 연결된다. 상기 헤드부(420)는 리드 접속부(410)와 연결되며 리드 접속부(410)의 상방으로 연장된다. 상기 헤드부(420)는 외부 단자(미도시)와 모듈 단자(400)간의 체결을 위해 적용되는 볼트(B)가 삽입되는 단자 홀(421)을 구비한다.
도 3과 함께 도 6을 참조하면, 상기 모듈 단자(400)의 헤드부(420)는, 전극 리드(111)의 편향으로 인해 전극 리드(111) 및 버스바 안착부(311)의 상부(도 3 및 도 5를 기준으로 Z축을 따라 윗방향)에 형성되는 공간에 위치한다. 이러한 헤드부(420)의 형성 위치는, 전극 리드(111)의 편향 설치로 인해 형성되는 공간을 활용함으로써 모듈 단자(400)의 설치로 인해 증가하는 배터리 모듈의 부피를 최소화 하기 위함이다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 상기 상부 커버(450)는, 셀 적층체(100)의 상면(도 4의 X-Y 평면과 나란한 면)을 커버하는 부품에 해당한다. 이러한 상부 커버(450)는, 한 쌍의 버스바 프레임(310)과 각각 힌지 결합된다. 따라서, 한 쌍의 상기 버스바 프레임(310)은, 힌지 결합된 부위를 중심으로 하여 상부 커버(450)에 대한 상대적인 회동이 가능하다.
도 2와 함께 도 7 내지 도 10을 참조하면, 상기 프레임 커버(600)는, 모듈 단자(400)의 헤드부(420)가 외측으로 노출되도록 버스바 프레임 어셈블리(300)를 커버한다. 상기 프레임 커버(600)는, 너트 수용부(610), 볼트 수용부(620) 및 격벽(630)을 구비한다.
상기 너트 수용부(610)는, 모듈 단자(400)의 헤드부(420) 하부에 위치하는 단자 너트(N)를 수용한다. 상기 배터리 모듈 또는 배터리 모듈이 복수개 연결된 배터리 팩을 이용하여 전기 자동차 등의 어플리케이션에 전기 에너지를 공급하기 위해서는, 배터리 모듈의 모듈 단자(400)에 자동차에 구비된 전력 케이블의 단자 또는 커넥팅 바 등과 같은 외부 단자(T)(도 10 참조)를 체결해야 한다. 이와 같이, 배터리 모듈의 모듈 단자(400)에 외부 단자(T)를 체결하기 위해, 본 발명이 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 볼트/너트 고정 구조가 이용된다.
즉, 상기 모듈 단자(400)의 헤드부(420) 하부에 단자 너트(N)를 위치시키고, 헤드부(420)의 상부에는 외부 단자(T)를 위치시킨 후 외부 단자(T) 및 헤드부(420)가 차례로 관통되도록 볼트(B)(도 10 참조)를 삽입하여 시계 방향으로 회전시키면 단자 너트(N)에 형성된 나사산을 따라 볼트(B)가 하방으로 이동하게 되고, 단자 너트(N)는 이와는 반대로 상방(도 10의 화살표 방향)으로 이동하게 된다. 이에 따라, 상기 외부 단자(T)는, 볼트(B)와 헤드부(420) 사이에 고정되며, 볼트(B)를 시계 방향으로 더 많이 회전시킬수록 고정력은 강해진다.
이와 같이, 상기 단자 너트(N)가 볼트(B)의 회전에 따라 상방으로 이동하도록 하기 위해서는 볼트(B)의 회전에 따라 단자 너트(N)가 함께 회전하지 않고 고정되어 있어야 한다. 즉, 상기 너트 수용부(610)의 내벽면은, 단자 너트(N)의 측면과 접하여 단자 너트(N)가 볼트(B)의 회전에 따라 함께 회전하지 않도록 단자 너트(N)를 고정시킨다.
이를 위해, 상기 너트 수용부(610)는 단자 너트(N)와 대응되는 사이즈를 갖는다. 구체적으로, 상기 너트 수용부(610)와 단자 너트(N)는 그 가로 폭(D1)과 세로 폭(D2)이 서로 동일하게 형성될 수 있으며, 또한 단자 너트(N)는 그 단면이 대략 육각형인 육각 너트일 수 있다.
상기 볼트 수용부(620)는, 볼트(B)의 시계 방향 회전에 따라 볼트(B)가 단자 너트(N)를 관통하여 단자 너트(N)의 하방으로 돌출되는 경우, 볼트(B)의 돌출된 부분을 수용한다. 상기 볼트 수용부(620)는, 너트 수용부(610)의 바닥면에 형성된 홈 형태를 갖는다.
상기 격벽(630)은, 볼트 수용부(620)와 버스바 프레임 어셈블리(300) 사이에 형성되어 볼트 수용부(620)의 내벽면을 이룬다. 상기 격벽(630)은, 볼트 수용부(620)와 버스바 프레임 어셈블리(300) 사이가 연통되지 않도록 하며, 이로써 볼트(B)와 단자 너트(N)의 체결 시에 발생되는 금속가루 등의 이물질이 버스바 프레임 어셈블리(300)쪽으로 유입되는 것을 방지한다.
이처럼, 금속가루 등의 이물질이 버스바 프레임 어셈블리(300)쪽으로 유입되는 것을 방지함으로써 이물질로 인해 전극 리드(111)들 간의 불필요한 전기적 연결이 발생되어 쇼트 등의 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 9를 함께 참조하면, 상기 엔드 플레이트(700)는, 모듈 단자(400)의 헤드부(420)가 외측으로 노출되도록 프레임 커버(600)를 커버한다. 한편, 도 9에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 프레임 커버(600)와 엔드 플레이트(700) 사이에 개재되는 보강 프레임(F)을 더 포함할 수 있다.
도 9와 함께 도 10을 참조하면, 상기 보강 프레임(F)은, 프레임 커버(600)의 너트 수용부(610)와 대응되는 위치에 개재되어 너트(N)의 고정력을 강화시킨다. 즉, 상기 프레임 커버(600)는 절연을 위해 수지 재질로 이루어질 수 있는데, 이 경우 볼트(B)를 강하게 회전시켜 조이면 너트 수용부(610)의 내벽면이 휘어지거나 파손되어 단자 너트(N)를 고정시키지 못하게 되는 상황이 발생될 수 있다.
이러한 상황이 발생되는 것을 방지하기 위해, 상기 보강 프레임(F)은 수지에 비해 높은 강성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 보강 프레임(F)의 적용에 의해 볼트(B)를 강하게 조여 외부 단자(T)와 헤드부(420) 사이의 체결력을 강화할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 모듈 단자(400)의 헤드부(420)가 전극 리드(111)의 편향으로 인해 형성된 공간을 이용하여 배치됨으로써 모듈 단자(400)의 설치로 인한 배터리 모듈의 부피 증가를 최소화 할 수 있으며, 이로써 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 단자 너트(N)의 하부로 돌출된 볼트(B)를 수용하는 볼트 수용부(620)를 구비함으로써 볼트(B)의 길이 선택의 자유도를 높일 수 있고, 이로써 단자 너트(N)를 관통할 수 있도록 충분히 긴 길이를 갖는 볼트(B)를 이용함으로써 외부 단자(T)와 모듈 단자(400)의 헤드부(420) 사이의 체결력을 더욱 강화할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 볼트 수용부(620)와 버스바 프레임 어셈블리(300) 사이가 연통될 수 없도록 볼트 수용부(620)와 버스바 프레임 어셈블리(300) 사이에 개재되는 격벽을 구비함으로써, 금속가루 등의 이물질이 버스바 프레임 어셈블리(300)쪽으로 유입되어 쇼트 등의 이벤트가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 셀 적층체
110: 배터리 셀
111: 전극 리드
112: 셀 케이스
112a: 테라스부
P: 완충 패드
200: FPCB 어셈블리
210: FPCB
220: 커넥터
300: 버스바 프레임 어셈블리
310: 버스바 프레임
311: 버스바 안착부
S: 리드 슬릿
320: 버스바
400: 모듈 단자
410: 리드 접속부
420: 헤드부
421: 단자 홀
450: 상부 커버
500: 모노 프레임
600: 프레임 커버
610: 너트 수용부
620: 볼트 수용부
630: 격벽
N: 단자 너트
F: 보강 플레이트
700: 엔드 플레이트

Claims (12)

  1. 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체;
    상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측 및 타 측을 커버하는 버스바 프레임 및 상기 버스바 프레임 상에 고정되어 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 복수의 버스바를 포함하는 버스바 프레임 어셈블리;
    상기 버스바 프레임 상에 고정되며 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 리드 접속부 및 상기 리드 접속부와 연결되며 상기 리드 접속부의 상방으로 연장되는 헤드부를 포함하는 모듈 단자;
    상기 헤드부의 하부에 위치하는 단자 너트; 및
    상기 단자 너트를 수용하는 너트 수용부 및 상기 너트 수용부의 하부에 형성되어 상기 헤드부와 단자 너트를 관통하는 볼트를 수용하는 볼트 수용부를 구비하며, 상기 헤드부가 외측으로 노출되도록 상기 버스바 프레임 어셈블리를 커버하는 프레임 커버;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단자 너트는 육각 너트인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 너트 수용부는 상기 단자 너트와 대응되는 사이즈를 가지며, 상기 너트 수용부의 내벽면은 상기 볼트의 측면과 접하여 상기 볼트의 회전 시에 상기 단자 너트가 함께 회전하지 않도록 상기 단자 너트를 고정시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 볼트 수용부는,
    상기 너트 수용부의 바닥면에 형성된 홈 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 커버는,
    상기 볼트 수용부와 버스바 프레임 어셈블리 사이에 형성되어 상기 볼트와 단자 너트의 체결 시에 발생되는 이물질이 버스바 프레임 어셈블리쪽으로 유입되는 것을 방지하는 격벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 프레임 커버를 커버하는 엔드 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 엔드 플레이트와 프레임 커버 사이에 개재되되 상기 너트 수용부와 대응되는 위치에 개재되는 보강 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    전극 조립체;
    상기 전극 조립체와 연결되며 상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 서로 반대 방향으로 연장되는 한 쌍의 전극 리드; 및
    상기 전극 조립체를 수용하며 상기 전극 리드가 외부로 노출되도록 실링되는 셀 케이스;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극 리드는, 상기 셀 적층체의 높이 방향 중심부로부터 아래쪽으로 편향된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모듈 단자는,
    상기 전극 리드의 편향으로 인해 상기 전극 리드의 상부에 형성되는 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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